基于双向反射分布函数的海面红外偏振特性表征模型

针对红外波段下海面偏振特性建模的问题,在双向反射分布函数的基础上,建立了海面微面元的偏振双向反射分布函数模型。综合考虑了海面的自发辐射效应和反射效应对探测器接收辐射的影响,提出了一种新的海面红外偏振特性表征模型。利用Elfouhaily海浪谱和快速傅里叶变换计算了海面的高度场信息和斜率信息。数值计算了不同观测天顶角和不同风速下海面自发辐射的线性偏振度,以及不同入射天顶角下海面反射辐射的线性偏振度,仿真生成了海面和舰船的红外偏振图像。仿真数据与文献数据的对比分析表明,本文所建立的红外偏振特性模型适用于分析海面的红外偏振特性。与传统的红外强度图像相比,红外偏振图像可以提供更多关于海面的细节信息。同时,目标与海面的偏振特征差异更明显,对比度更高。所提出的海面红外偏振特性表征模型对海上目标的探测识别应用具有重要的意义。     

780 nm波段高分光比消偏振分光片的制备及测试

消偏振分光片是空间光学中的重要分光元件，为了实现780 nm波段激光在大分光比条件下的稳定分光输出，设计并制备了一种高分光比消偏振分光片。使用TFCalc软件仿真设计了双面消偏振分光膜系，通过离子束辅助电子束热蒸镀技术制备了消偏振分光片样品。然后，使用透射电子显微镜、分光光度计对所制备样品进行了测量表征，得到了分光片的实际薄膜结构及透射光谱，光谱结果显示该分光片的透射率接近98%,s偏振光与p偏振光的透射率偏差小于0.3%。最后，搭建测试光路对分光片进行变偏振方向、变波长及长时间稳定性等测试。实验结果表明：该分光片在目标波段内的透射率接近98%，偏振方向大范围变化时透射率偏差小于0.2%，波长在772～792 nm内变化时透射率波动小于0.12%;10 h长时结果显示，当平均时间为100 s时，分光比与透射率的Allan方差分别为1.41×10^-3和4.12×10^-5。所提出的消偏振分光片具有良好的消偏振性能，可直接应用于光学测试计量和量子传感探测等精密测量领域。     

在轨光学相机探测图像数字仿真系统设计与实现

根据在轨光学相机测量原理与工作环境,建立了空间目标相对运动学与反射光学特征模型、相机成像模型以及背景恒星成像模型;分析了相机测量噪声及相机探测灵敏度并在仿真中考虑了对干扰因素成像质量的影响,完成了现有星表中背景恒星的视星等根据相机的探测波段范围进行了仪器星等的等效计算,以提高仿真图像的逼真度;根据相机工作原理设计了仿真流程,应用Visual C++与Open GL技术完成了仿真软件的实现。     

基于导模共振效应的免标记DNA生物传感器

为了设计用于检测DNA杂交状态的生物传感器,基于严格耦合波理论和等效介质的数值计算方法,通过FDTD软件的模拟仿真优化,设计了在可见光波段偏振无关、高灵敏度,可以检测DNA杂交情况的透射型导模共振免标记生物传感器。当检测到单链DNA(ssDNA)时,共振波长为481.46 nm;当检测到双链DNA(dsDNA)时,共振...     

空气孔硅光子晶体偏振无关3 dB分光器

提出并成功设计了基于自准直马赫-曾德尔干涉仪(SMZI)的空气孔硅光子晶体偏振无关3dB分光器。介绍了采用偏振透射谱匹配的方法,SMZI可以实现偏振无关分束的基础理论。通过连续改变SMZI两臂的光程差,基于匹配两个偏振的透射谱,成功实现了在归一化频率下将TE偏振和TM偏振的入射自准直光束进行1∶1分光。最后,利用时域有限差分数值模拟软件计算出来的TE偏振瞬时磁场分布图和TM偏振瞬时电场分布图验证了自准直光束的分光情况。结果显示:如果将工作波长定在1 550nm,该偏振无关3dB分光器大小仅为16.7μm×16.7μm。由于具有尺寸微小、结构简单并使用单一硅材料等特性,该分光器有望应用于集成光路中。     

基于动态视觉传感器的旋转检偏成像系统

为了实现偏振成像系统的小体积、低延时和快速目标检测,利用动态视觉传感器对动态场景灵敏度高、成像速度快的特点,提出了基于动态视觉传感器的偏振探测方法.从动态视觉传感器的对比度灵敏度出发,结合光学偏振原理,从理论上证明了基于动态视觉传感器偏振探测方法的可行性.设计并搭建了实验系统,由转台载着偏振片快速转动,由于视场内景物的反射光具有不同的偏振特性,经过旋转偏振片后发生明暗变化,动态视觉传感器快速捕捉变化并成像,系统采用嵌入式GPU(Graphics Processing Unit)控制并实时显示成像.实验结果表明:偏振系统对视场内的偏振度灵敏度为0.148,目标轮廓清晰,并具有良好的可视性.该系统弥补了传统偏振成像装置体积大、成像速度慢的不足,为基于偏振图像的目标检测等应用奠定了基础.     

采用杂波模型进行天基目标红外探测波段的选择

为了及时发现导弹目标,美国国防支援计划(DSP)系统采用了大气吸收波段进行探测。本文对该系统的波段设置及其选择方法进行了探索性研究,提出了一种基于背景杂波模型的波段选择方法。推导了简化的场景辐射参数表达形式,建立了场景空间杂波辐射模型,分析了中短波红外吸收波段内背景杂波辐射的主要影响因素,给出了综合信噪比解析式。然后,在可能的目标辐射特性与背景杂波水平内选择出最佳工作波段,使得探测系统对辐射特性相似的一类目标的综合探测性能达到最佳。最后,通过算例说明了该方法的有效性。计算分析表明,系统最佳探测波段与场景的杂波辐射水平以及目标的辐射特征密切相关。在不同的杂波水平下,对两种发动机喷焰的目标探测时,DSP的最佳工作波段为2.73～2.85μm与4.2～4.43μm。     

叶片材料特性对风电机组叶轮输出功率的影响

为研究材料的不同对风电机组风轮输出功率的影响,分析了叶片气动力作用下的受力情况,基于1.5MW变桨距风电机组,设计了便于试验的100W叶片模型,利用GH Bladed软件对叶片模型轴向气动力进行数值计算,并通过ANSYS软件对轴向气动力作用下叶片的变形进行仿真,对外形相同材质不同的两套叶片输出功率进行测试。对比分析结果表明,在低风速段叶片的材料密度特性对叶片输出功率影响较为显著,而高风速时叶片的刚度特性是造成两组叶片输出功率不同的主要因素。     

航空多角度偏振辐射计信噪比估算与测量

为精确评估航空多角度偏振辐射计的性能,分析了航空多角度偏振辐射计的信号与噪声,给出了估算其探测器信噪比的过程。介绍了航空多角度偏振辐射计的工作原理,推导了探测器信噪比与系统信噪比的估算表达式。结果显示:系统信噪比与强度信噪比成正比,探测器信噪比需求与偏振探测精度成反比,航空多角度偏振辐射计的探测器信噪比应不小于245,得到的结果弥补了一直以来偏振遥感仪器只计算探测器信噪比的不足。最后,根据推导的表达式,通过矢量传输模拟估算了用航空多角度偏振辐射计探测典型场景时的探测器信噪比与系统信噪比,并在暗室中利用积分球与偏振盒进行了测量。结果表明,航空多角度偏振辐射计各个探测器的信噪比均满足偏振探测的需求。     

基于大气散射模型的单幅图像快速去雾

根据大气散射物理模型及光学反射成像模型,总结并分析了影响单幅图像去雾效果的3大因素,以实现对雾霾图像的快速去雾.基于光学原理,解释了暗影通道现象,从新的角度推导出了大气散射模型中各参数的求法.利用灰度开运算去除白色目标的干扰获得精确的环境光亮度,基于快速联合双边带滤波精确计算了大气散射函数,最后由光学反射模型计算了场景目标的反射率并有效截断至[0,1]区间.本方法可以消除天空及环境光线的影响,能真实复原场景的色彩和清晰度.仿真结果表明,对分辨率为576×768的图像处理时间仅为0.517 s,且视觉效果和客观指标比现有算法均有不同程度的提高.与现有图像去雾算法相比,本文提出的参数计算方法提高了运算速度、场景适应能力和复原效果.     

航天发射仿真训练系统的三维建模

视景仿真技术己经成为仿真系统软件的一个重要组成部分,三维建模是视景仿真的一个关键技术。阐述了航天发射仿真训练系统的三维建模方法,分析了在建模过程中应用到的关键技术及其模型优化方法,解决了场景大、模型复杂与系统实时性要求高的矛盾。采用Creator建模软件,建立了航天发射仿真训练系统的三维建模,提高了培训效果。     

地面雷达数值风洞技术实现方法

基于Fluent等软件平台和standard k-e湍流模型,介绍了地面雷达数值风洞技术的实现方法,同时对模型建立、网格划分等关键技术进行了详细介绍,通过实例进行了计算并将计算结果与试验结果进行了对比分析和验证,结果表明,采用数值风洞的理论和方法,实现地面雷达风洞试验的数值化是可行的,误差是可以接受的,最后对雷达系统数值风洞技术的未来发展作了展望.     

基于Modelica的数字电子技术网络实验平台

为解决传统实验室设备资源紧张、更新投入大的问题,将在线仿真计算引入到实验教学中,设计、建立了基于Modelica的虚拟网络实验平台.详细介绍了设计数字电子技术网络实验平台的原理和过程,及相关的结构拓扑组成,并介绍了一种新型的、面向对象的多领域统一建模语言Modelica,利用其对数字电路器件进行了建模及仿真,详述了数字电路译码器元件的建模思路、过程以及实验场景的设计实现中的关键技术,并将模型与前台可视化插件相关联;最后将实验平台与EDA商用软件Multisim进行了比较.研究结果表明了该虚拟实验平台的优越性.     

近红外消偏振反射镜的设计与制备

设计并制备了一种在45°斜入射条件下使用的金属Ag消偏振反射镜,这种反射镜可以实现对目标波长810nm和850nm光线的反射,并保持线偏光的偏振方向和偏振消光比。为了消除s和p两偏振分量的分离,在金属Ag膜层上方添加了介质多层膜结构,并利用软件对膜系的结构进行了优化,设计结果的能量和相位特性满足目标需求。介质多层膜选用TiO2和SiO2分别作为高、低折射率材料,薄膜的制备采用了离子束辅助沉积工艺,并利用石英晶体振荡监控膜层厚度。得到了消光比达到10000∶1以上的样品,实现了光学薄膜器件对能量和相位的控制,满足了偏振编码空间光通信试验的需求。     

多模式组合抛光技术在光学加工中的应用

介绍了将经典抛光方法与数控加工技术有机结合的多模式组合抛光技术.描述了多模式组合抛光的关键技术之一,材料去除率仿真模型的建立方法.通过设置抛光盘因子和元件因子,多模式组合抛光的材料去除模型不仅包含抛光模式、速度等加工参数,还将抛光模形状、边角效应、元件面形误差等因素对材料去除的影响一并考虑入内,可以根据抛光阶段的不同,...     

玻璃精密模压成形的研究进展

玻璃精密模压成形是一种高效率、绿色环保的先进光学元件制造技术,近年来得到了飞速发展。本文首先介绍了光学元件的需求与种类,提出玻璃精密模压成形技术存在的问题。综述了国内外近年来精密模压成形光学透镜的重要研究进展,其中包括光学玻璃材料、模具材料与涂层、模具加工、模压过程仿真以及各种参数对透镜质量的影响。阐述了光学模压成形元件的坯料、镀膜技术和冷加工技术、成形元件的残余应力分布以及折射率、模具与玻璃间摩擦效应、模具的补偿技术、成形透镜质量的预测、模压技术的其他应用等。最后,对未来光学玻璃精密模压成形趋势进行了预测。     

基于GRIN镜头的小型OCT探头的数值分析

利用光学软件GLAD的数值仿真技术设计了用于光学相干层析技术成像的基于梯度折射率(GRIN)镜头的小型化探头.首先,简述了梯度折射率镜头的基本特性,讨论了基于梯度折射率镜头的光学探头的设计方法;然后,对由单模光纤、玻璃棒隔片和梯度折射率镜头构成的探头模型进行了仿真.结果显示,利用GLAD的数值仿真技术为小型化探头的设计...     

石英波导环形谐振器研制

设计和试制了一种基于石英材料的开放式光波导环形谐振器,器件设计采用数值仿真计算结合BPM仿真的手段。结合商用石英波导的常规参数,设计取环行波导的传输损耗和定向耦合器的耦合损耗分别为0.1dB/cm和0.1dB,谐振谱共振锐度的设计值为16.7。器件制备采用PECVD技术结合FHD技术的工艺,样品测试采用了0.1nm带宽的DFB激光,观察到了明显的谐振谱。     

金属粉末注射成形W-Ni-Fe喂料粘度模型研究

使用非牛顿流体幂律模型和 Cross模型 ,对 W- Ni- Fe高比重合金粉末喂料熔体的实验测得流变数据进行回归分析、曲线拟合 ,得出各自的拟合常数 ,并对拟合结果进行了比较 ,为金属粉末注射成形分析模拟软件提供了实用的数据。     

浅谈OpenGL在机器人三维仿真的应用

介绍对运动机器人进行三维实时科学可视化仿真的过程。采用目前流行的可视化仿真软件OpenGL．它具有优秀的场景和实时处理能力，同时为克服其不能绘制复杂三维模型的缺点，还引入三维建模软件3DSMAX，先用建模软件来建立机器人的逼真模型，再将模型数据读人到OpenGL中，同时结合可视化软件编程工具VC＋＋成功实现对运动机器人的实时三维可视化仿真。